DENEY 3: Alternatörlerin Paralel Bağlanması

Transkript

1 ELEKİK-ELEKONİK MÜHENDİLİĞİ ELEKİK MAKİNALAI LABOAUVAI Deneyin Amacı DENEY 3: Alternatörlerin Paralel Bağlanması Alternatörler hakkında bilgi sahibi olmak ve işletmelerde alternatörlerin paralel bağlanma amacının öğrenilmesi A. Önbilgi Elektrik santrallerinde enerjinin bir tek alternatör yerine küçük güçlü birkaç alternatörden elde edilmesi büyük faydalar sağlar. Yük durumuna göre bu alternatörler kendi aralarında veya şebekeyi besleyen diğer santraldeki alternatörler ile paralel bağlanırlar. Alternatörlerin paralel bağlanmasını gerektiren nedenler şunlardır:. Bir santralin yükü günün her saatinde aynı değildir. Yük arttıkça çalışmakta olan alternatöre başka alternatörler paralel bağlanarak, artan yükü karşılamaları sağlanır.. antrallerin maksimum yük değerini büyük güçlü bir alternatörle karşılamak uygun değildir. Bilindiği gibi elektrik makinalarının verimleri; makina tam yükte çalışırken en büyük değerindedir. antral her zaman aynı yükte çalışmayacağı için verim azalır. Bu durumda verimi arttırmak için santralde daha küçük güçlü birkaç alternatör bulundurmak gerekir. 3. antralde birden fazla alternatör bulundurarak işletme emniyeti de sağlanmış olur. Arıza yapan alternatör devre dışı bırakılarak yerine sağlam alternatörler devreye alınır. Böylece beslemenin sürekliliği sağlandığı gibi, sistem de enerjisiz kalmaz. 4. Bölgeleri besleyen santrallerin yük durumlarına göre, diğer santrallerle enerji alış verişi yapılarak enerji gereksinimi giderilebilir. 5. antralde bulunan alternatörlerin, zaman zaman bakımlarının yapılması ömürlerini uzatır. Bir alternatör ile beslenen şebekede, bu alternatörün bakımı sırasında aboneler enerjisiz kalır. Yukarıda sayılan faydalar dikkate alındığında, santrallerde birden fazla alternatör bulundurmak ve bunların paralel bağlanması zorunluluğu ortaya çıkar. Paralel Bağlama Koşulları Şebekelerin artan yükü karşılamak veya çalışmakta olan alternatörlerin fazla yükünü üzerinden almak için başka alternatörlerin devreye alınmasına Paralel bağlama denir. Paralel bağlanacak alternatörlerin gerilimleri birbirine eşit olmalıdır. Paralel bağlanacak alternatörlerin frekansları birbirine eşit olmalıdır. Paralel bağlanacak alternatörlerin faz sıraları aynı olmalıdır.

2 ELEKİK-ELEKONİK MÜHENDİLİĞİ ELEKİK MAKİNALAI LABOAUVAI Paralel bağlanacak alternatörlerin gerilimleri arasında faz farkı olmamalıdır. (enkronizm anında paralel bağlanmalıdır.) Bunlara ek olarak, paralel bağlanacak olan her iki alternatör gerilimlerinin sinüsoidal karakterli olması da istenilen bir özelliktir. Gerilim Eşitliğinin ağlanması Alternatörlerin uyartım akımları ayarlanarak, her iki alternatör gerilimi birbirine eşitlenir. Gerilim eşitliği Şekil- deki çift voltmetre ile sağlanır. Bu voltmetreler çift ibreli olarak ve alternatörlerin paralel bağlanmasında kullanılmak amacı ile özel olarak üretilirler. I II Şekil- Çift Voltmetre Frekans Eşitliğinin ağlanması Frekans eşitliği ise senkron alternatörü döndüren makinaların devir sayılarının ayarlanması ile sağlanır. Frekans eşitliği de Şekil- deki çift frekansmetre ile kontrol edilir. I II Şekil- Çift Frekansmetre

3 I ELEKİK-ELEKONİK MÜHENDİLİĞİ ELEKİK MAKİNALAI LABOAUVAI Faz ırasının Aynı Olmasının ağlanması Bu koşulun kontrolü Faz ırası Göstericisi denen alet yardımıyla yapılır. Faz sırası gösterici alet, Şekil-3 te görüldüğü gibi her iki alternatörün karşılıklı gelecek uçlarına aynı durumda bağlandığında, göstergenin dönüş yönü aynı olmalıdır. Alternatörlerin faz sırası aynı değilse, alet ayrı ayrı dönüş yönü gösterir. Bu durumda her hangi bir alternatörün iki fazının bağlantı uçları birbiri ile değiştirilir. Bu kontrol üç fazlı bir asenkron motor ile de yapılabilir. Bunun için ise asenkron motor aynı faz sırası göstericisi gibi bağlanır. Faz sırası göstericisi Şekil-3 Faz ırası Göstericisinin devreye bağlantısı enkronizm Anının Belirlenmesi enkronizm anı, paralel bağlanacak alternatörlerde fazların üst üste çakışması demektir. Bunu her iki alternatörün gerilim eğrilerinin aynı anda, aynı değerleri alması olarak da tanımlayabiliriz. enkronizm anının belirlenmesi için çeşitli uygulamalar vardır. Bunlar genel olarak:. enkronoskop ile senkronizm anının saptanması.. Lamba bağlantıları ile senkronizm anının saptanması. 3. ıfır voltmetresi ile senkronizm anının saptanması.

4 I ELEKİK-ELEKONİK MÜHENDİLİĞİ ELEKİK MAKİNALAI LABOAUVAI -) enkronoskop ile enkronizm Anının espiti enkronoskop rotordan beslenen bir asenkron motordur. Büyük santrallerde kullanılır. Şekil-4 te devreye bağlantısı ve dış görünüşü görülmektedir. Şekil-4 enkronoskop ve devreye bağlantısı. enkronoskop devreye bağlandıktan sonra, ibre alternatörlerin frekans veya hız farkına göre belirli bir yönde döner. Bu farklar giderildikçe ibrenin dönme hızı yavaşlar. Alternatörlerin gerilimleri arasındaki faz farkı sıfır olduğunda ibre işaretli yerde durur. Bu anda paralel bağlama şalterine basılıp bağlantı gerçekleştirilir. -) Lamba Bağlantıları ile enkronizm Anının espiti enkronizm anının saptanmasında üç ayrı lamba bağlantısı yapılır. Aydınlık bağlantı veya yanar ışık bağlantısı. Karanlık bağlantı veya söner ışık bağlantısı. Karışık bağlantı veya döner ışık bağlantısı. Bu bağlantılardan söner ışık hem bir fazlı hem de üç fazlı, yanar ışık bir fazlı, döner ışık ise üç fazlı alternatörlere uygulanır.

5 I I ELEKİK-ELEKONİK MÜHENDİLİĞİ ELEKİK MAKİNALAI LABOAUVAI Yanar Işık Bağlantısı Şekil-5-a da üç fazlı, Şekil5-b de ise bir fazlı alternatörlerin paralel bağlanmasında yanar ışık bağlantısı görülmektedir. Yanar ışık bağlantısı üç fazlı sistemlere uygulandığında, lambaların en parlak yandığı an senkronizm anı olamaz. Çünkü lambalar en parlak yandığı anda E gerilime sahiptirler. Gerçekte senkronizm anında lamba uçlarında 3E kadar gerilim vardır. Gözümüzün lambaların 3E kadar yandığı anı yakalayamayacağı için üç fazlı sistemlerde bu bağlantı şekli uygulanmaz. Bir fazlı alternatörlerde böyle bir durum söz konusu olmadığı için uygulanabilir. Bir fazlı devrelerde lambanın en parlak yandığı an senkronizm anıdır. Diğer koşullarda sağlanmışsa şaltere basılarak paralel bağlama gerçekleştirilir. Mp Mp -a- -b- Şekil-5 Bir ve üç fazlı sistemlerde yanar ışık bağlantısı. öner Işık Bağlantısı Şekil-6 da görüldüğü gibi söner ışık bağlantısında lambalar aynı fazlara bağlanmıştır. Alternatörlerin faz gerilimlerinin iki katı dikkate alınarak, buna uygun sayıda lamba seri bağlanır. Yüksek gerilimli alternatörlerde lamba sayısını azaltmak için düşürücü transformatörler kullanılarak bağlantı yapılır. Çalışma sırasında lambalar yanıp sönerler. Yanıp sönme hızını gözle yakalayabilmek için alternatörün devir sayısını ayarlamak gerekir. Karanlık bağlantıda lambalar tam söndüğü anda paralel bağlama şalterine basılarak, bağlantı gerçekleştirilir.

6 I I I ıfır Voltmetresi ELEKİK-ELEKONİK MÜHENDİLİĞİ ELEKİK MAKİNALAI LABOAUVAI Mp V 0 Mp -a- -b- Şekil-6 Bir ve üç fazlı sistemlerde söner ışık bağlantısı. Döner Işık Bağlantısı Döner ışık bağlantısı yalnız üç fazlı alternatörlerde uygulanabilir. Şekil-7 de döner ışık bağlantısı görülmektedir. Bu bağlantıda, lamba guruplarının ikisinin karşılıklı uçları değişik fazlara, biri ise aynı faza bağlanmıştır. enkronizm anında aynı faza bağlı olan lambalar söner, diğerleri ise 3E gerilimi ile parlak şekilde yanarlar. Bu anda şaltere basılarak paralel bağlama gerçekleştirilir. Alternatörlerin frekans farkına göre lambalar belirli bir sıra ile yanıp sönerler. Bu nedenle bağlantıya Döner Işık Bağlantısı adı verilmiştir. Şekil-7 Üç fazlı sistemlerde döner ışık bağlantısı.

7 ELEKİK-ELEKONİK MÜHENDİLİĞİ ELEKİK MAKİNALAI LABOAUVAI 3-) ıfır Voltmetresi ile enkronizm Anının espiti ıfır voltmetresi bağlantısı, Şekil-6 daki söner ışık bağlantısında lamba gruplarına paralel bağlanan bir voltmetre ile sağlanır. Bu şekildeki bağlantıda sıfır voltmetresi sıfırı gösterdiğinde şaltere basılarak paralel bağlantı sağlanır. ıfır voltmetresi özel olarak yapılmış olup skala taksimatı başlarda seyrek, sonlarda ise sıktır. Ölçme alanı ise alternatör faz geriliminin en az iki katı olmalıdır. Bağlantı Şeması 0 L L L ş ş 3ş Vş I II fş fa Va s L- t L+ W W Cos B E E A A U V W M ~ G E F I u ~ A 0 A U V W V B Şekil 8 Bağlantı Şeması

8 ELEKİK-ELEKONİK MÜHENDİLİĞİ ELEKİK MAKİNALAI LABOAUVAI B. Deney Çalışması. Şekil-8 deki bağlantıyı uygun ölçü aletleri ile birlikte düzenleyiniz.. Alternatörü döndüren makinaya yol verip çalıştırınız ve frekansını şebeke frekansına ayarlayınız. (fa=fş) 3. Alternatör uyartım akımını yavaş yavaş ayarlayarak gerilimini şebeke gerilimine getiriniz. (Ea=Eş) 4. Faz sırası göstericisi ile şebeke ve alternatör fazlarının aynı uçlarının karşılıklı gelmesini sağlayınız. 5. Karanlık bağlantı yapılmış ve sıfır voltmetresi bağlı olduğu halde, devrede lambaların hepsinin söndüğü ve sıfır voltmetresinin sıfırı gösterdiği anda paralel bağlama şalterine basarak paralel bağlamayı gerçekleştiriniz. (Devrede senkronoskop varsa, ibrenin işaretli yerde durması senkronizm anını belirtir.) C. Deney onrası Çalışması. Alternatör, uyartımı verilmeden anma devir sayısında döndürülürse uçlarında gerilim bulunur mu?. enkronoskop belirli bir yönde ve hızla dönerken, bu dönüş hızı nasıl azaltılır? İbrenin ters yöne dönmesinden ne anlaşılır? 3. Lamba bağlantılarında seri bağlanacak lamba sayısı nasıl bulunur? 4. Karanlık bağlantıda döner ışık elde edilmişse ne anlaşılır? 5. Paralel bağlanacak alternatörler aynı makine ile döndürülürse ne gibi durumlar oluşur?

9 ELEKİK-ELEKONİK MÜHENDİLİĞİ ELEKİK MAKİNALAI LABOAUVAI Deney Adı: Asenkron Motorun Generatör Olarak Çalıştırılması DENEY 4: AENKON MOOUN GENEAÖ OLAAK ÇALIŞIILMAI Deneyin Amacı Asenkron motorun yapısının ve çalışma mantığının anlaşılması. A. Önbilgi abit gerilim ve frekanslı bir şebekeye bağlı asenkron motorun miline diğer bir tahrik motorunu akuple olarak bağlayalım. ahrik motoru önce asenkron motoru yükleyecek şekilde tahrik edilsin. Bu durumda asenkron motor yüklenmiş olarak 0<s< durumunda çalışmaktadır. ahrik makinasının fren etkisini milden kaldıralım. Milindeki yük azaldıkça asenkron motorun rotor devir sayısı (n) gittikçe artar. Yük tamamen kaldırıldığında, yani boş çalışmada n devrine çok yakın bir değere ulaşır. Bu işlemden sonra asenkron makinanın miline bağlı motor yardımı ile devir sayısını senkron devre eşitleyelim (n=n ). Bu durumda motorun stator bakır kayıpları Pcu ile stator demir kayıpları motorun bağlı olduğu şebekeden karşılanırken, sürtünme ve rüzgar kayıpları P +V tahrik motoru tarafından karşılanmaktadır. Kayma sıfır değerindedir. Gerilim sabit olduğundan manyetik akısı ve bu akıyı oluşturan I akımı da sabit kalır. ahrik motorunu hızlandırarak rotor devrini n devrin üzerine çıkaralım. Bu çalışma durumunda kayma negatif olur. Genliği sabit kalan akısı ise n hızı ile dönmeğe devam edecektir. Fakat röletif hareketi rotora ters olacaktır. Bu durumda asenkron motor generatör olarak şebeke ile paralel çalışmaktadır. Yani n devri n e nazaran kayma hızı kadar geridedir. Bunun sonucu olarak rotor sargılarında indüklenen E 0. geriliminin işareti değişmiştir. Bu durumda rotor akımının aktif bileşeni de kaymaya bağlı olarak işaret değiştirir. I rotor akımı rotora nazaran ters yönde dönen bir mmk i oluşturur. Bu kuvvet dönüş yönüne ters etki yapan bir moment indükler. Bu moment rotoru frenlediğinden asenkron makina generatör olarak çalışıyor demektir. Asenkron Generatörün Kendi Kendini Uyarması : Asenkron makinanın senkron devir üstünde tahrik edilmesiyle bağlı bulunduğu şebekeye enerji verebildiğini gördük. Bu durumda asenkron motorun ihtiyaç duyduğu I mıknatıslama akımını şebekeden çeker. Asenkron motorun sargı uçlarına kondansatörler bağlamak suretiyle bu mıknatıslama akımı şebekeden bağımsız olarak sağlanabilir.

10 ELEKİK-ELEKONİK MÜHENDİLİĞİ ELEKİK MAKİNALAI LABOAUVAI Deney Adı: Asenkron Motorun Generatör Olarak Çalıştırılması Asenkron motor aynı doğru akım dinamosu gibi kendi kendini uyararak dışarıya gerilim verebilir. Boşta çalışan asenkron motorun kayıplarını ihmal ettiğimizde şebekeden sadece I akımı çeker. Bu akım ölçülerek I =I C yapılır. Bu iki akım zıt olduğundan I C +I olacak. Dolayısıyla asenkron motor şebekeye bağımlı kalmayacaktır. I =I C eşit olması demek kesişme noktalarında faz sargısı reaktansının X C ye eşit olması demektir. X C =X Burada X =Uı 0 /I olup, doyma derecesine bağlıdır. Asenkron generatörün kendi kendini uyarabilmesi için X C <X Ckr olmalıdır. Yani X C nin X Ckr den küçük dolayısıyla C nin C kr den büyük olması gerekir. Burada C kr, sabit f frekansında, kendi kendini uyarma sınırına tekabül eden kritik kapasite ve Xc kr kritik reaktif dirençtir. Xc kr U I c U I 0 0 ve C kr.. f. Xc kr formülleri ile bulunur. B. Deney Öncesi Çalışma Not: Aşağıdaki soruları lütfen kendi cümlelerinizle, başka arkadaşınızdan almadan cevaplayınız. Mic. Word programında noktalama ve imlâ hatalarına dikkat ederek hazırlayınız. ) Asenkron generatörün senkron generatöre göre üstünlükleri nelerdir? ) Asenkron generatör nerelerde kullanılır? Çeşitlerini yazınız. 3) X C >X Ckr durumunda generatör gerilim üretir mi? 4) Asenkron generatörün şebekeye paralel bağlanma şartları nelerdir?

11 ELEKİK-ELEKONİK MÜHENDİLİĞİ ELEKİK MAKİNALAI LABOAUVAI Deney Adı: Asenkron Motorun Generatör Olarak Çalıştırılması C. Deney Çalışması Şekil 4. Deney Bağlantı Şeması. Şekil 4. deki devre bağlantılarını yapınız.. ahrik motoru ile asenkron generatörün devrini arttırınız. 3. Asenkron generatör mıknatıslanma akımı kondansatörler tarafından karşılanıp multimetre üzerindeki gerilim yüksek bir değere ulaştığındaki tahrik motoru dönme hızını ve voltmetredeki değeri kaydediniz. Frekans: Volt: 4. ahrik motorunun hızını tekrar azaltarak devrenin enerjisini kesiniz.